喀拉通克銅鎳礦富氧側(cè)吹爐煙氣中單體硫析出的治理

劉清漓

（新疆新鑫礦業(yè)股份有限公司喀拉通克礦業(yè)有限責(zé)任公司 富蘊 836107）

喀拉通克銅鎳礦富氧側(cè)吹爐煙氣中單體硫析出的治理

劉清漓

（新疆新鑫礦業(yè)股份有限公司喀拉通克礦業(yè)有限責(zé)任公司 富蘊 836107）

對本礦富氧側(cè)吹爐煙氣中單體硫析出的原因進行了分析，指出其危害，并介紹了處理措施及取得的效果。

側(cè)吹爐 高價硫化物離解 單體硫 二次風(fēng) 殘氧

0 前言

喀拉通克銅鎳礦富氧側(cè)吹爐，建成后于2011年3月15日投料，熔池熔煉處理銅鎳硫化礦。含O255%～60%的富氧空氣，由熔體面下500 mm處的一次風(fēng)口鼓入爐內(nèi)熔池，空氣由三層水套處的二次風(fēng)口鼓入爐膛。特富礦、銅鎳混合精礦、石英石、焦粒，分別單獨計量后依次落入輸送皮帶，在皮帶上混合并從側(cè)吹爐頂加料管加入爐內(nèi)，落入熔池渣層。

熔池渣層被100～110 kPa的富氧空氣激烈攪動、噴濺，在一次風(fēng)口以上渣層中形成氣－液－固三相間的傳熱與傳質(zhì)。渣層中爐料快速干燥、離解、熔化、氧化，完成造渣、造锍過程。鎳冰銅由虹吸池處虹吸放出，熔渣由虹吸池處渣口溢流，鎳冰銅、熔渣在流槽中匯合，共同注入貧化電爐澄清分離。熔煉產(chǎn)生的煙氣，經(jīng)余熱鍋爐冷卻、電收塵收塵后，與轉(zhuǎn)爐煙氣在混氣塔中混合，進入制酸系統(tǒng)制酸，制酸后的尾氣由100 m煙囪排空。

制酸系統(tǒng)運行2個月后，其凈化工序的一、二級動力波、填料塔、板式換熱器等部件，均出現(xiàn)單體硫析出、堵塞問題，制酸系統(tǒng)被迫停車處理。

制酸系統(tǒng)停車后，煙氣經(jīng)事故煙道直接排空，污染了環(huán)境，沒有起到新工藝環(huán)保的作用。冶煉車間意識到此問題的重要性，為解決單體硫析出，組成了專題小組展開攻關(guān)，終于使之得以解決。

1 單體硫產(chǎn)生的原因

喀礦側(cè)吹爐熔池熔煉，處理的是銅鎳硫化礦。銅鎳硫化礦物相中的高價硫化物主要有3種：鎳黃鐵礦（NiFeS2）、黃銅礦（CuFeS2）、黃鐵礦（FeS2）。這些高價的硫化物相，高溫下不穩(wěn)定，在熔池中受熱后離解成穩(wěn)定的低價硫化物，并放出氣態(tài)硫（即單體硫）。在火法冶金的作業(yè)溫度范圍內(nèi)（1 000～15 000 K），氣態(tài)硫主要是雙原子的S2[1]。

可見，高價硫化物熱離解是單體硫產(chǎn)生的根本原因，并且不可阻止。

在中性或還原性氣氛中加熱時，黃銅礦的熱離解在550℃以上開始，800～1 000℃離解完全；黃鐵礦的熱離解在500～600℃開始，1 000℃左右離解完全[2]。

2 單體硫的氧化

銅鎳礦富氧側(cè)吹爐，爐膛溫度控制在900～1 200℃，熔池溫度控制在1 250～1 340℃，爐料從離開加料管進入爐膛空間開始，歷時約2 s落入熔池渣層，在爐膛空間及渣層中都會進行高價硫化物的熱離解反應(yīng)而生成單體硫。只是，加料管與熔池面距離短，爐料在爐膛空間經(jīng)過的時間短，爐膛空間中熱離解產(chǎn)生的單體硫少；而爐料在熔池渣層中停留時間長并完全離解，因此，單體硫主要產(chǎn)生在熔池渣層中。

熔池渣層中鼓入的O2主要參與以下反應(yīng)（1500K）：

比較上述反應(yīng)可以看出，氣態(tài)硫氧化與碳不完全燃燒的反應(yīng)趨勢相差不大，但是碳完全燃燒及FeS氧化的反應(yīng)趨勢明顯大于氣態(tài)硫氧化與碳不完全燃燒的反應(yīng)趨勢，即碳燃燒與FeS氧化優(yōu)先進行，其次才是單體硫的氧化。

因生成的單體硫為氣態(tài)，很快逸出熔池進入煙氣，因此，可以認為在熔池中，單體硫的氧化量應(yīng)有限，單體硫的氧化應(yīng)主要在煙氣中進行。

3 單體硫析出的原因

單體硫的沸點為444.5℃。煙氣從逸出熔池進入余熱鍋爐起至制酸工序，溫度呈現(xiàn)梯次下降。當(dāng)煙氣溫度低于單體硫沸點時，單體硫即會析出。

3.1 單體硫氧化的條件及主要區(qū)域

單體硫在爐膛空間與熔池中離解生成后，很快進入高溫?zé)煔庵醒趸瑸闅猓瓪夥磻?yīng)，只要煙氣中殘氧量夠、煙氣溫度夠，該反應(yīng)進行很快。

因此，決定單體硫氧化程度的因素是煙氣殘氧量、溫度。滿足這個條件的最佳區(qū)域為爐膛空間至余熱鍋爐段。

3.2 物料規(guī)格的影響

經(jīng)過分析，試生產(chǎn)初期，因缺少熔池熔煉經(jīng)驗，熔池溫度、爐膛溫度控制都偏低，另外，物料粒度過大、水分過高，導(dǎo)致物料在料庫秤量時量波動大。料量波動大，則單體硫析出量也大幅波動，而氧量不變，就會造成相應(yīng)時間段內(nèi)，單體硫量偏大，使煙氣中氧量相對偏低，從而破壞了單體硫的氧化。

3.3 二次風(fēng)的影響

生產(chǎn)初期，系統(tǒng)處于磨合期，各種不可預(yù)見的突發(fā)性事故多，導(dǎo)致側(cè)吹爐經(jīng)常停風(fēng)。3～8月，側(cè)吹爐每月停風(fēng)時間在80～110 h，側(cè)吹爐運轉(zhuǎn)率不到90%。停風(fēng)后再開風(fēng)時，水冷涼區(qū)域結(jié)瘤、爐頂水套區(qū)域及銅水套壁區(qū)域掛的渣，成塊、成片掉落，嚴(yán)重時，造成隔墻水套處涵道的堵塞，給側(cè)吹爐安全運行帶來危險。

前期生產(chǎn)重點，是保障側(cè)吹爐安全、連續(xù)運行，為此，工藝上減小二次風(fēng)量以減輕上述區(qū)域的結(jié)瘤。這種做法，客觀上造成煙氣殘氧量低，削弱了單體硫的氧化程度。

3.4 燃料的影響

對于燃料，是粒狀好還是粉狀好，有不同意見。前期生產(chǎn)，焦粒中按1∶1配入焦粉，而焦粉輕，落不進熔池，在空中燃燒。使煙氣中C含量增加，C奪氧，進一步弱化單體硫的氧化。生產(chǎn)實踐表明：燃料中配入焦粉，要保持同樣的溫度，焦率需提高2～3個點。另外，煙氣中CO量增大。

3.5 余熱鍋爐的影響

余熱鍋爐壓力不足，蒸發(fā)量過大，煙氣在余熱鍋爐輻射段降溫過大，也減弱了單體硫的氧化。

上述原因，使單體硫的氧化不充分，導(dǎo)致單體硫在制酸凈化工序急劇降溫時析出。

4 對策及措施

⑴加強物料粒度的管理：粒度嚴(yán)格控制在5～20 mm。

⑵加強物料水分的控制，特別是混合精礦，使水分＜10%，其余物料，盡量保持較低的水份；物料庫減少灑水降塵。

⑶加強計量的標(biāo)定，穩(wěn)定流量；生產(chǎn)系統(tǒng)只要出現(xiàn)計量偏差，計量儀控人員馬上對計量設(shè)備進行檢查。

⑷提高熔池溫度與爐膛溫度：熔池溫度控制在1 300～1 340℃，爐膛溫度控制在900～1 200℃。

⑸提高二次風(fēng)的配入：二次風(fēng)按工藝配料計算量配入并略有過量。

⑹用好煙氣在線檢測設(shè)施，時時動態(tài)觀測煙氣中CO與殘氧量，為生產(chǎn)控制提供依據(jù)。

⑺取消燃料中焦粉的拌入，側(cè)吹爐燃料，完全由粒狀焦炭組成。

⑻提高一次風(fēng)氧濃度。

⑼調(diào)整分料器，使布料更合理。

⑽事故停風(fēng)，開風(fēng)時，煙氣走事故煙道，穩(wěn)定后制酸再拉煙氣。

5 效果

上述措施在生產(chǎn)中執(zhí)行后，取得了較好的效果：

⑴煙氣殘氧量穩(wěn)定在3%～8%，CO量控制在0.01%～0.03%。

⑵硫酸系統(tǒng)單體硫析出得到控制，硫酸系統(tǒng)運轉(zhuǎn)率及成品酸品質(zhì)得到提高。

⑶爐溫波動減小，燃料率在滿足熱平衡的基礎(chǔ)上有所下降。

6 結(jié)語

銅鎳礦冶煉煙氣制酸系統(tǒng)單體硫析出，主要原因是在單體硫氧化的主要區(qū)域——爐膛空間至余熱鍋爐段，氧化程度不夠。我車間通過加強二次風(fēng)配入、取消焦粉、提高爐溫、氧濃等措施，強化了單體硫的氧化，從而基本解決了制酸系統(tǒng)單體硫析出的問題。

[1]傅崇說.有色冶金原理.北京：冶金工業(yè)出版社，1984.

[2]杜子瑞.粗銅冶煉.1986.

收稿：2014-01-15